ما هو مانع تسرب عمود المضخة؟ ألمانيا، المملكة المتحدة، الولايات المتحدة الأمريكية، بولندا

ما هوختم عمود المضخة?
تمنع موانع التسرب في الأعمدة تسرب السوائل من الأعمدة الدوارة أو المترددة. وهذا أمر بالغ الأهمية لجميع المضخات، وفي حالة المضخات الطاردة المركزية، تتوفر عدة خيارات لمنع التسرب: الحشوات، وموانع التسرب الشفوية، وجميع أنواع موانع التسرب الميكانيكية - المفردة والمزدوجة والمتتالية، بما في ذلك موانع التسرب الخرطوشية. وتتوفر مضخات الإزاحة الموجبة الدوارة، مثل مضخات التروس ومضخات الريش، بحشوات وموانع تسرب شفوية وميكانيكية. أما المضخات الترددية فتطرح مشاكل مختلفة في منع التسرب، وتعتمد عادةً على موانع التسرب الشفوية أو الحشوات. بعض التصاميم، مثل مضخات الدفع المغناطيسي، ومضخات الحجاب الحاجز، والمضخات التمعجية، لا تتطلب موانع تسرب في الأعمدة. هذه المضخات، التي تُسمى "بدون موانع تسرب"، تتضمن موانع تسرب ثابتة لمنع تسرب السوائل.

ما هي الأنواع الرئيسية لأختام عمود المضخة؟
التعبئة والتغليف
تتكون الحشوة (المعروفة أيضًا بحشوة العمود أو حشوة الغدة) من مادة لينة، غالبًا ما تكون مضفرة أو مُشكّلة على هيئة حلقات. تُضغط هذه الحشوة داخل حجرة حول عمود الدوران تُسمى صندوق الحشو لتكوين مانع تسرب (الشكل 1). عادةً، يُطبّق الضغط محوريًا على الحشوة، ولكن يمكن أيضًا تطبيقه شعاعيًا بواسطة وسيط هيدروليكي.

تقليديًا، كانت مواد التعبئة تُصنع من الجلد أو الحبال أو الكتان، ولكنها تتكون الآن عادةً من مواد خاملة مثل البولي تترافلوروإيثيلين الموسع، والجرافيت المضغوط، والمطاط المحبب. تُعدّ مواد التعبئة اقتصادية وشائعة الاستخدام للسوائل السميكة التي يصعب إحكام إغلاقها، مثل الراتنجات والقطران والمواد اللاصقة. مع ذلك، فهي طريقة غير فعّالة لإحكام إغلاق السوائل الرقيقة، خاصةً عند الضغوط العالية. نادرًا ما تتعرض مواد التعبئة للتلف الكارثي، ويمكن استبدالها بسرعة أثناء عمليات الإيقاف المجدولة.

تتطلب موانع التسرب المصنوعة من مواد حشو المضخات تزييتًا لتجنب تراكم الحرارة الناتجة عن الاحتكاك. وعادةً ما يتم توفير هذا التزييت بواسطة السائل المضخوخ نفسه، والذي يميل إلى التسرب قليلاً عبر مادة الحشو. قد يُسبب هذا التسرب فوضى، وفي حالة السوائل المسببة للتآكل أو القابلة للاشتعال أو السامة، يكون غير مقبول في كثير من الأحيان. في هذه الحالات، يمكن استخدام مادة تشحيم خارجية آمنة. لا تُعد موانع التسرب المصنوعة من مواد حشو المضخات مناسبةً لمضخات السوائل التي تحتوي على جزيئات كاشطة. إذ يمكن أن تنغرز هذه الجزيئات الصلبة في مادة الحشو، مما قد يُلحق الضرر بعمود المضخة أو جدار صندوق الحشو.

أختام الشفاه
تُعرف موانع التسرب الشفوية، أو موانع التسرب المحورية، بأنها عناصر مطاطية دائرية تُثبّت على عمود الدوران بواسطة غلاف خارجي صلب (الشكل 2). وينشأ مانع التسرب من الاحتكاك بين الشفة والعمود، وغالبًا ما يُعزز هذا الاحتكاك بنابض. تُستخدم موانع التسرب الشفوية على نطاق واسع في الصناعات الهيدروليكية، وتوجد في المضخات والمحركات الهيدروليكية والمشغلات. وغالبًا ما تُوفر مانع تسرب احتياطيًا لأنظمة منع التسرب الأخرى، مثل موانع التسرب الميكانيكية. يقتصر استخدام موانع التسرب الشفوية عمومًا على الضغوط المنخفضة، كما أنها غير فعالة مع السوائل الرقيقة غير المُشحِّمة. وقد طُبقت أنظمة متعددة من موانع التسرب الشفوية بنجاح مع مجموعة متنوعة من السوائل اللزجة غير الكاشطة. لا تُناسب موانع التسرب الشفوية الاستخدام مع أي سوائل كاشطة أو سوائل تحتوي على مواد صلبة، لأنها عُرضة للتآكل، وأي تلف طفيف قد يؤدي إلى تعطلها.

الأختام الميكانيكية
تتكون موانع التسرب الميكانيكية أساسًا من زوج أو أكثر من الأسطح المستوية بصريًا والمصقولة بدقة عالية، أحدهما ثابت داخل الغلاف والآخر دوار ومتصل بعمود الدوران (الشكل 3). تتطلب هذه الأسطح تزييتًا، إما بواسطة السائل المضخوخ نفسه أو بواسطة سائل عازل. في الواقع، لا تتلامس أسطح مانع التسرب إلا عندما تكون المضخة في حالة سكون. أثناء التشغيل، يُشكّل سائل التزييت طبقة رقيقة ديناميكية مائية بين أسطح مانع التسرب المتقابلة، مما يقلل التآكل ويساعد على تبديد الحرارة.

تستطيع موانع التسرب الميكانيكية التعامل مع نطاق واسع من السوائل واللزوجات والضغوط ودرجات الحرارة. مع ذلك، لا ينبغي تشغيل مانع التسرب الميكانيكي وهو جاف. من أهم مزايا أنظمة موانع التسرب الميكانيكية أن عمود الدوران والغلاف ليسا جزءًا من آلية منع التسرب (كما هو الحال مع الحشوات وموانع التسرب الشفوية)، وبالتالي لا يتعرضان للتآكل.

أختام مزدوجة
تستخدم موانع التسرب المزدوجة مانعي تسرب ميكانيكيين متقابلين (الشكل 4). يمكن ضغط الحيز الداخلي بين سطحي مانعي التسرب هيدروليكيًا بسائل حاجز، بحيث يكون الغشاء المتكون على سطحي مانعي التسرب، واللازم للتشحيم، هو سائل الحاجز وليس السائل المضخوخ. يجب أن يكون سائل الحاجز متوافقًا مع السائل المضخوخ. تُعد موانع التسرب المزدوجة أكثر تعقيدًا في التشغيل نظرًا للحاجة إلى الضغط، وعادةً ما تُستخدم فقط عند الضرورة لحماية الأفراد والمكونات الخارجية والبيئة المحيطة من السوائل الخطرة أو السامة أو القابلة للاشتعال.

أختام مزدوجة
تُشبه موانع التسرب المزدوجة موانع التسرب الثنائية، إلا أن مجموعتي موانع التسرب الميكانيكية فيهما تتجهان في نفس الاتجاه بدلاً من أن تكونا متقابلتين. يدور مانع التسرب الموجود على جانب المنتج فقط في السائل المضخوخ، ولكن التسرب عبر أسطح مانع التسرب يُلوث في النهاية مادة التشحيم الحاجزة. وهذا يؤثر على مانع التسرب الموجود على الجانب الجوي والبيئة المحيطة.

أختام الخراطيش
مانع التسرب الخرطوشي عبارة عن مجموعة مُجمّعة مسبقًا من مكونات مانع التسرب الميكانيكي. يُغني تصميم الخرطوشة عن مشاكل التركيب، مثل الحاجة إلى قياس وضبط ضغط الزنبرك. كما يحمي أسطح مانع التسرب من التلف أثناء التركيب. يتوفر مانع التسرب الخرطوشي بتصميمات متنوعة، منها المفرد والمزدوج والمتتالي، ويحتوي على حلقة مانعة للتسرب مثبتة على غلاف.

حواجز الغاز المانعة للتسرب.
هذه مقاعد مزدوجة من نوع الخراطيش، مصممة لتُضغط باستخدام غاز خامل كحاجز، بدلاً من سائل التشحيم التقليدي. يمكن فصل أسطح منع التسرب أو تثبيتها في تلامس غير محكم أثناء التشغيل عن طريق ضبط ضغط الغاز. قد يتسرب مقدار ضئيل من الغاز إلى المنتج والجو المحيط.

ملخص
تمنع موانع التسرب في عمود المضخة تسرب السائل من عمودها الدوار أو المتردد. وتتوفر عادةً عدة خيارات لمنع التسرب: الحشوات، وموانع التسرب الشفوية، وأنواع مختلفة من موانع التسرب الميكانيكية - أحادية، ومزدوجة، ومتتالية، بما في ذلك موانع التسرب الخرطوشية.